2021-04-16 19:32:39 TA仪器
农药系指用于防除农林作物或其产物之病虫鼠害、杂草者,或用于调节农林作物生长或影响其生理作用者,或用于调节有益昆虫生长者。国际上依农药之防治对象分類为殺菌剂、殺虫剂、除草剂、殺螨剂、殺鼠剂、殺线虫剂、植物生长调节剂、除螺剂、除藻剂等。自Schulthess 于1761 年利用硫酸铜拌种以防治麦角菌开启了殺菌剂的先端以来,农药的发展一日千里。尤其自二次大战后因石化工业的兴盛,更带动了化学农药的飞跃发展。目前的研发重点,一方面朝向环境友善防止生态劣变;另方面也要求提高生产制程的安全管控能力杜绝化学危害外,也严格要求更长期的储存安定性。
国际农药分析联合会(CollaborativeInternational Pesticides Analytical Council, 简称CIPAC ) 始于1954年在巴黎举行之第三届国际植物保护会议,会议中决议成立一个由官方认定之农药主成分标准检验方法委员会。1957年欧盟先行成立类似功能之组织,1960年代由CIPAC通过之农药主成分分析方法尚归类在世界粮农组织(FAO)植物保护专刊之一,1970年出版第一册「CIPAC Handbook 」才奠定其在农药成品规格分析上之权威地位。CIPAC/FAO联合年会所讨论之分析方法结集成册,不定期发行「CIPAC Handbook」供各国农药成品检验单位参考,其中发布之农药质量检验方法及规格认定为世界各国所重视。CIPAC会议讨论重点包括农药主成分检验方法及农药理化性质试验方法。农药主成分检验方法须经过一连串的检验方法开发、实验室间认证、联合检验及提至大会审查,结果经审查通过后依其完成之程度归类为「Provisional CIPAC Method」、「CIPAC Method」或「Tentative CIPAC Method」。
依农药标准规格农药可分为原体、成品及增效剂三种。原体规格中以有效成分含量及不纯物含量为最重要,主成分最低含量标准或不纯物最高含量限制也常列为品管标准。成品农药除主成分含量外,不同剂型有其理化安定性之标准及检验方法。成品农药经过包装贩卖后,在启用前势必经过一段储放期。对此,CIPAC MT 46.3 AccelatedStorage Stability Test 规范出快筛农药储存热安定性的标准试验流程,其中涵盖了DTA (DSC)与TGA两种常见的热分析应用,在此向广大TA用户简略叙述该方法与判断准则于下:
CIPAC MT 46.3 [实验方法]
一. 农药样品可以是均值固体或液体,或者是二者的混合体。
二. 利用DTA量测分解放热焓,前提是须确认确实是分解而非相转变。
三. TGA可以获得包含挥发性成分汽化在内的分解反应讯息。
四. 利用TGA分解动力学的方式可外推到较低的分解温度,这有时比DTA法还要更容易些。
五. 参考物质如: urea、4-nitrosophenol、α-naphthylamine 以及naphthalene。
六. 将20g样品放在密封瓶中,置入烘箱实施老化。条件: 54 +/- 2℃,饱和湿度的空气环绕下,放置14天。
七. 将老化前后的农药试样进行DTA或TGA对照试验以作耐热性的判别。
八. 可分别选择单一功能的DTA或是TGA,或DTA-TGA同步功能者亦可。
九. 如果在实验温度范围内发现峰型并推论可能是肇因于化学反应的话,则必须立刻在此峰型温度附近重复以做确认。
十. 在DTA(或DSC)的量测,若样品具有挥发性物质,则需密封在耐压盘中,或是使用高压DSC (Pressure DSC)。
十一. 热分析测试的洗涤气体可以选择氮气或是空气;如果是空气,则样品必须放在开放容器中以接触氧成分。若在氮气下则容器材质与开放与否则不受限。
十二. 首先进行DTA测试。样品量: 5~50mg,升温速率: 2~20℃/min。
十三. 如果在室温到150℃间发现峰型,则采取以下因应措施:
(a)如果是放热峰,则推论是分解行为。
(b)如果是吸热峰,则需要确认是否为该样品的常规熔点。
(c)如果是吸热峰但非属于该样品的常规熔点,则需要以PDSC在 10~50bar高压下或是用高压密封容器来复测。如果这吸热峰移向高温,则可推论是挥发性行为。
(d)如果是吸热峰但非属于该样品的常规熔点也不是挥发性行为,则需要实施冷却再加热测试。若原来的吸热峰消失了,则判断有某种化学相变化发生。
十四. 进行TGA测试可以选择氮气或空气气氛。若欲得到氧化安定性则必须使用空气。
十五. TGA测试条件,样品量: 10~500mg,升温速率: 2~20℃/min。如果发现重量损失但又非来自于挥发性行为,则可以判定为分解。
十六. 若发生低于150℃的分解,则可进一步实施某些恒定温度下的分解速率测试。
CIPAC MT 46.3 [判断准则]
只要符合以下两者之一,就可以做出”该试样在室温下是安定的”的判断:
一. 老化前后的熔点((或其他特性)保持不变;或老化后的成分分析判定衰减量少于5%。
二. DTA或TGA的结果,证实在低于150℃的温度下并无热分解或化学相变化发生。
CIPAC MT 46.3 [报告内容]
加速储存安定性测试:
一. 试样在老化烘箱内使用的盛装容器种类。
二. 决定某个化学相变化所依据的方法。
三. 在经过14天加速老化后,某个典型特性的变化量,或是分解百分率。
热分析:
一. 所使用的热分析工具。
二. 样品的前处理与其型态。
三. 对于试样与参考品的详细描述。
四. 测试温度的范围,加热速率,以及恒温试验的温度规格。
五. 试样重量。
六. 洗涤气体的成分与纯度。
七. 使用的样品容器的型式种类。
八. 试样在测试中及完成测试后其状态的改变。
九. 发生化学相变化的起始温度。
十. 与本测试方法中不符或调整的部分。
十一. 若可能,报告发生热分解成分的本质。
[实施例]
Q : 某市售农药,功能是防治卵菌类的系统移行性,配方主成分如下:
本达乐(benalaxyl),Tm 71℃~73℃
代森锰锌(mancozeb),Tm 192℃~204℃
TENSIOFIXBC666, 阴离子/非离子界面活性剂混合物
SiO2
请问借着DSC与SDT(同步DSC-TGA) 的热分析手法是否可为耐热储存安定
性评价的可行方案?
A : (一)利用传统DSC,配合一般密封式样品盘进行测试,热谱如下:
(二)利用传统DSC,配合高压密封式样品盘进行测试,热谱如下:
(三)利用SDT(DSC-TGA),配合开放式陶瓷坩埚进行测试,热谱如下:
评论:
1. DSC, TGA与SDT都有作为本试样评价耐热存安定性的分析工具。
2. TGA的分析揭露本试样含有少量挥发性液体(可能是水分),并且在代森锰锌(mancozeb)成分熔化时,也伴随其他成分大量的挥发。
3. SDT除了TGA的讯号以外,同时可以获得DSC的材料讯息。但是因为SDT系处于开放的常压氮气氛围下,在加热过程中无法避免水分及其他挥发性成分的汽化,使得SDT量热的精准度受到影响。
4. DSC配合密封样品盘,可以获得最佳的本达乐(benalaxyl)熔点与熔融热焓,以及代森锰锌(mancozeb)先结晶后熔融的现象与焓值。但是在超过200℃后的更高温度时,以铝金属材质制作的密封样品盘还是敌不过内压的升高而宣告泄漏,以至于无法正确获取分解热。
5. 以DSC配合特殊钢高压密封样品盘,可以观察到本达乐(benalaxyl)的熔点,以及代森锰锌(mancozeb)先结晶后熔融的现象,但是对于取得焓值的误差较大,因为特殊钢的厚度较大使得热传遍插的缘故。但是因为藉助本高压样品盘有效抑制挥发的能力,得以获取正确的分解热。
建议: 以[高压DSC+一般TGA]的组合,对农药安定性的整体评价,应为最佳配对。高压DSC可以在常压或控制压力下操作,也可以自由选择氮气或空气氛围。因此,PDSC除了可以同时拥有极佳的Tg、Tm、Tc的侦测能力以外,更可以获取正确的分解热(氮气下)或燃烧热(空气下)焓值,是一般DSC无法迄及的。
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